Tái cấu hình lưới điện phân phối nâng cao các chỉ số độ tin cậy cung cấp điện Tái cấu hình lưới điện phân phối nâng cao các chỉ số độ tin cậy cung cấp điện Tái cấu hình lưới điện phân phối nâng cao các chỉ số độ tin cậy cung cấp điện Tái cấu hình lưới điện phân phối nâng cao các chỉ số độ tin cậy cung cấp điện
GIỚI THIỆU
Đặt vấn đề
Điện năng là hàng hóa đặc biệt, đóng vai trò quan trọng trong sự ổn định và phát triển kinh tế xã hội, cũng như an ninh chính trị của mỗi quốc gia Để đảm bảo hiệu quả kinh tế, các Công ty Điện lực cần cung cấp điện với giá thành thấp nhất và chất lượng tốt nhất Điều này quyết định sự tồn tại và phát triển của các Công ty Điện lực Việt Nam trong quá trình thị trường hóa ngành điện Để đạt được mục tiêu này, các nhà khoa học đang nỗ lực nghiên cứu và tìm kiếm các giải pháp mới, bao gồm nguồn năng lượng sạch, năng lượng tái tạo, cùng với việc thiết kế và xây dựng lưới điện thông minh.
Đảm bảo chất lượng điện năng để cung cấp dịch vụ điện an toàn, hiệu quả và liên tục là ưu tiên hàng đầu của Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) Với mục tiêu phát triển ngành điện theo hướng đa dạng hóa sở hữu và hình thành thị trường điện trong nước, Nhà nước giữ vai trò độc quyền trong truyền tải và chi phối sản xuất, phân phối điện Nâng cao chất lượng cung cấp điện là yếu tố quyết định cho các Công ty Điện lực khi tham gia vào thị trường bán buôn điện cạnh tranh.
Trong bối cảnh công nghiệp hóa hiện nay, nhu cầu về độ liên tục cung cấp điện ngày càng trở nên quan trọng Nhiều khách hàng sẵn sàng chi trả nhiều hơn để đảm bảo độ tin cậy trong cung cấp điện Do đó, việc cấu hình lại lưới điện phân phối cần phải nâng cao độ tin cậy cung cấp điện và đảm bảo các yếu tố kỹ thuật trong quá trình vận hành.
Tái cấu hình lưới điện phân phối ở Việt Nam nhằm tìm kiếm cấu trúc tối ưu cho hệ thống điện, hướng đến giảm chi phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện Việc tái cấu hình này giúp giảm tổn thất công suất, cải thiện độ tin cậy của hệ thống, nâng cao khả năng tải và cân bằng pha trên lưới điện Các biện pháp này không chỉ phục vụ cho một mục tiêu đơn lẻ mà còn đáp ứng nhiều mục tiêu khác nhau trong vận hành lưới điện.
Trong bối cảnh lưới điện phân phối tại Việt Nam liên tục được cải tạo và nâng cấp để hướng tới thị trường điện cạnh tranh, việc giảm tổn thất công suất và cân bằng pha có thể không đạt hiệu quả như mong đợi Thay vào đó, mục tiêu nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho hệ thống cần được ưu tiên, nhằm giảm thiểu chi phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện.
Ngoài các nguyên nhân gây mất điện từ thiết bị và lưới điện, điều kiện môi trường ô nhiễm và biến đổi thời tiết theo mùa cũng có ảnh hưởng đáng kể Do đó, một trong những mục tiêu hàng đầu của các Công ty Điện lực là giảm thiểu thời gian ngừng điện do các yếu tố khách quan này, đặc biệt khi thị trường điện bán lẻ được triển khai.
Lưới điện phân phối là phần cuối cùng của hệ thống điện, cung cấp điện năng trực tiếp đến người tiêu dùng Tính liên tục trong việc cung cấp điện cho phụ tải phụ thuộc chặt chẽ vào độ tin cậy của lưới điện phân phối Độ tin cậy này được đánh giá thông qua nhiều chỉ tiêu khác nhau, trong đó tiêu chuẩn IEEE 1366 hiện nay được sử dụng phổ biến trên toàn cầu để đánh giá độ tin cậy của lưới điện phân phối.
Đánh giá độ tin cậy của lưới điện phân phối dựa trên các tiêu chí theo tiêu chuẩn IEEE 1366 là rất quan trọng Việc giảm chi phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện trong lưới điện phân phối sẽ mang lại nhiều lợi ích đáng kể.
Về phía công ty Điện Lực:
- Giảm giá thành điện năng do giảm được chi phí bồi thường thiệt hại cho khác hàng khi ngừng cung cấp điện
- Tăng lợi nhuận cho công ty do tăng lượng điện cung cấp cho khách hàng
- Tạo ra khả năng cạnh tranh cao cho các Công ty Điện lực trong thị trường điện đang ngày được thương mại hóa
Tái cấu hình lưới điện phân phối không chỉ nâng cao độ tin cậy trong cung cấp điện mà còn giúp giảm tổn hao công suất trên đường dây, từ đó giảm chi phí vận hành hiệu quả.
Về phía khách hàng sử dụng điện:
- Giảm được chi phí sản xuất, thiệt hai do việc ngừng cung cấp điện
Đảm bảo kế hoạch sản xuất, sinh hoạt và giải trí trong cuộc sống con người là rất quan trọng, đặc biệt là để giảm thiểu tác động tiêu cực từ việc ngừng cung cấp điện, ảnh hưởng đến sức khỏe và chất lượng đời sống.
Về mặt kinh tế điện:
- Tạo ra một thị trường điện cạnh tranh lành mạnh
- Thúc đẩy sự phát triển nền kinh tế
Việc tối thiểu hóa chi phí ngừng cung cấp điện, đánh giá độ tin cậy và cấu trúc lại lưới điện phân phối là một nhiệm vụ khó khăn và phức tạp, đồng thời độ chính xác trong quá trình này thường không cao do nhiều yếu tố tác động.
- Độ tin cậy của từng phần tử trong lưới điện là một hàm rời rạc và phân bố theo thời gian
Độ tin cậy của các phần tử trong lưới điện chịu ảnh hưởng lớn từ các yếu tố tự nhiên như vị trí địa lý và khí hậu của khu vực mà lưới điện phân phối đi qua.
Đánh giá độ tin cậy cung cấp điện của lưới điện phân phối ở Việt Nam gặp nhiều khó khăn do số liệu thống kê không đầy đủ Các số liệu này rất phong phú nhưng việc thu thập và phân tích chúng vẫn còn hạn chế, ảnh hưởng đến khả năng đánh giá chính xác độ tin cậy của lưới điện hiện tại.
- Thiết bị điện còn cũ kỷ, lạc hậu và không đồng bộ
- Việc thu thập các số liệu trong quá trình vận hành chưa được chú trọng và lưu giữ cẩn thận
Các hệ thống điều khiển thời gian thực như SCADA vẫn chưa phát triển hoàn thiện, cùng với việc các thiết bị đóng cắt có tải chưa được trang bị đầy đủ, do đó, việc xây dựng một cấu trúc lưới điện ổn định và đáng tin cậy là rất cần thiết.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu của đề tài là lưới điện phân phối
Đề tài nghiên cứu tập trung vào việc đánh giá độ tin cậy của hệ thống cung cấp điện trong lưới điện phân phối Mục tiêu là xác định cấu hình lưới điện hiệu quả cho từng tình huống cụ thể, đồng thời phát triển các phương án tối ưu hóa cho lưới điện phân phối dựa trên hàm mục tiêu.
Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu
Mục tiêu của luận văn là phát triển một giải thuật hiệu quả nhằm đảm bảo kết quả đáng tin cậy trong việc tái cấu trúc hệ thống điện phân phối, đồng thời xem xét độ tin cậy trong cung cấp điện Luận văn này sẽ giúp giải quyết các vấn đề liên quan đến việc cải thiện hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống điện phân phối.
- Tìm hiểu các bài toán tái cấu trúc lưới phân phối và các giải thuật đã được áp dụng
Nghiên cứu về độ tin cậy cung cấp điện tập trung vào các phương pháp đánh giá và những yếu tố tác động đến độ tin cậy của lưới điện phân phối Việc hiểu rõ các yếu tố này là cần thiết để nâng cao hiệu quả cung cấp điện và đảm bảo sự ổn định cho hệ thống điện Các phương pháp đánh giá độ tin cậy giúp xác định các điểm yếu trong lưới điện, từ đó đề xuất các giải pháp cải thiện.
Xây dựng hàm mục tiêu và áp dụng giải thuật tối ưu là bước quan trọng để xác định cấu trúc tối ưu cho hệ thống lưới điện phân phối Mục tiêu chính là nâng cao chỉ số độ tin cậy cung cấp điện, từ đó cải thiện hiệu suất và ổn định của hệ thống Việc tối ưu hóa cấu trúc lưới điện không chỉ giúp giảm thiểu sự cố mà còn nâng cao sự hài lòng của người tiêu dùng.
- Kiểm chứng trên một số lưới điện mẫu nhằm đánh giá tính đúng đắn của ý tưởng đề xuất
- Đánh giá lại phương pháp thực hiện, đề xuất những hướng nghiên cứu mới nhằm phát triển tốt hơn vấn đề cần quan tâm.
Phương pháp nghiên cứu
Các phương pháp nghiên cứu được triển khai trong chuyên đề này là:
- Thu thập các thông tin tài liệu có liên quan đến chuyên đề nghiên cứu
Dựa trên lý thuyết về tính toán độ tin cậy của lưới điện phân phối và các chỉ tiêu độ tin cậy theo tiêu chuẩn IEEE-1366, chúng tôi đã phát triển một thuật toán để đánh giá độ tin cậy của lưới điện phân phối Thuật toán này sẽ được áp dụng để tính toán độ tin cậy cho lưới điện phân phối tại huyện Chợ Mới trong thời gian tới.
- Mô phỏng trên máy tính thông qua phần mềm Mattlab, PSS/ADEPT phân tích kết quả mô phỏng và đưa ra nhận xét.
Điểm mới của luận văn
- Xây dựng được hàm mục tiêu cho bài toán tái cấu hình lưới phân phối có xét đến độ tin cậy cung cấp điện
- Áp dụng giải thuật PSO kết hợp tiêu chuẩn IEEE-1366 để tìm ra cấu trúc lưới điện phân phối tối ưu theo hàm mục tiêu đã xây dựng
- Đưa ra phương án vận hành tối ưu có thể có cho những trường hợp khác nhau của lưới điện
Cấu hình nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho hệ thống được xác định thông qua việc giảm thiểu tổn thất và thời gian ngừng cung cấp điện, được thể hiện rõ ràng trên phần mềm.
Giá trị thực tiễn của luận văn
Xây dựng giải thuật tái cấu hình lưới điện phân phối giúp giảm chi phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện Nghiên cứu lý thuyết và kết quả mô hình tính toán cho thấy rằng một lưới điện có cấu trúc hợp lý sẽ tối ưu hóa cấu hình lưới, từ đó đạt được mức chi phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện tối thiểu.
- Luận văn góp phần vào các nghiên cứu liên quan đến các bài toán tái cấu hình lưới điện phân phối
- Làm tài liệu tham khảo cho công tác nghiên cứu, vận hành lưới điện phân phối tại đơn vị Điện lực
Xây dựng thuật toán tính toán độ tin cậy của lưới điện phân phối là cần thiết để tối ưu hóa chi phí vận hành và giảm thiểu chi phí ngừng cấp điện Các chỉ tiêu độ tin cậy này giúp đánh giá hiệu quả hoạt động của lưới điện, từ đó đưa ra các giải pháp cải thiện và nâng cao độ tin cậy trong cung cấp điện.
1.8 Tên và bố cục của đề tài
Đề tài nghiên cứu mang tên “tái cấu hình lưới điện phân phối nâng cao các chỉ số độ tin cậy cung cấp điện” được xây dựng dựa trên mục tiêu, nhiệm vụ và phương pháp nghiên cứu cụ thể Luận văn được tổ chức thành 5 chương, mỗi chương sẽ tập trung vào các khía cạnh khác nhau của vấn đề nghiên cứu.
Chương 2: TỔNG QUAN VỀ ĐỘ TIN CẬY LƯỚI PHÂN PHỐI
Chương 3: PHƯƠNG PHÁP ĐỀ XUẤT
Chương 4: MÔ HÌNH MÔ PHỎNG KIỂM CHỨNG KẾT QUẢ
Tên và bố cục của đề tài
Dựa trên mục tiêu, nhiệm vụ và phương pháp nghiên cứu, đề tài mang tên “Tái cấu hình lưới điện phân phối nâng cao các chỉ số độ tin cậy cung cấp điện.” Luận văn được chia thành 5 chương.
Chương 2: TỔNG QUAN VỀ ĐỘ TIN CẬY LƯỚI PHÂN PHỐI
Chương 3: PHƯƠNG PHÁP ĐỀ XUẤT
Chương 4: MÔ HÌNH MÔ PHỎNG KIỂM CHỨNG KẾT QUẢ
TỔNG QUAN VỀ ĐỘ TIN CẬY LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI
Tổng quan về lưới phân phối
2.1.1 Định nghĩa và phân loại
Lưới phân phối điện là thành phần quan trọng trong hệ thống điện, có chức năng phân phối điện năng từ các trạm trung gian, trạm khu vực hoặc thanh cái của nhà máy điện đến các phụ tải.
Lưới phân phối có nhiệm vụ cung cấp điện cho phụ tải với độ tin cậy và chất lượng điện năng trong giới hạn cho phép Tuy nhiên, độ tin cậy của lưới phân phối phụ thuộc vào yêu cầu của phụ tải và chất lượng của hệ thống điện, bị ảnh hưởng bởi các yếu tố kinh tế và kỹ thuật.
Lưới phân phối điện bao gồm hai loại chính: lưới trung áp và lưới hạ áp Lưới trung áp thường sử dụng các cấp điện áp 6, 10, 15, 22 và 35kV, trong khi lưới hạ áp thường có các cấp điện áp 380/220V hoặc 220/110V.
Người ta thường phân loại lưới phân phối theo 3 dạng:
- Theo đối tượng và địa bàn phục vụ: Gồm có lưới phân phối thành thị, lưới phân phối nông thôn và lưới phân phối xí nghiệp
- Theo thiết bị dẫn điện: Gồm có lưới phân phối trên không và lưới phân phối cáp ngầm
Cấu trúc lưới phân phối điện bao gồm lưới phân phối hở (hình tia) với hai loại là có phân đoạn và không phân đoạn, cùng với lưới phân phối kín vận hành hở Để xây dựng và quy hoạch lưới phân phối hiệu quả, cần đánh giá chất lượng dựa trên ba tiêu chí chính: sự phục vụ khách hàng, tác động đến môi trường và hiệu quả kinh tế cho các đơn vị cung cấp điện.
Các tiêu chuẩn đánh giá như sau:
- Độ tin cậy cung cấp điện
- Hiệu quả kinh tế (giá thành tải điện nhỏ nhất)
- Độ an toàn (an toàn cho người, thiết bị phân phối, nguy cơ hoả hoạn)
- Ảnh hưởng đến môi trường (cảnh quan, môi sinh, ảnh hưởng đến đường dây thông tin)
Tiêu chuẩn thứ nhất và thứ hai trong các tiêu chuẩn liên quan đến chất lượng phục vụ của lưới điện phân phối, đặc biệt tập trung vào điện năng.
2.1.2 Phần tử của lưới điện phân phối
Các phần tử của lưới điện phân phối bao gồm:
- Máy biến áp trung gian và máy biến áp phân phối
- Thiết bị dẫn điện: đường dây điện (dây dẫn và phụ kiện)
Thiết bị đóng cắt và bảo vệ bao gồm các thành phần quan trọng như máy cắt, dao cách ly, cầu chì, chống sét van, áp tô mát, hệ thống bảo vệ rơ le và giải pháp giảm dòng ngắn mạch Những thiết bị này đóng vai trò thiết yếu trong việc đảm bảo an toàn cho hệ thống điện, giúp ngăn chặn sự cố và bảo vệ các thiết bị điện khỏi hư hỏng do quá tải hoặc sự cố ngắn mạch.
Thiết bị điều chỉnh điện áp bao gồm các loại như thiết bị điều áp dưới tải, thiết bị thay đổi đầu phân áp ngoài tải, tụ bù ngang, tụ bù dọc, thiết bị đối xứng hóa và thiết bị lọc sóng hài bậc cao Những thiết bị này đóng vai trò quan trọng trong việc ổn định và cải thiện chất lượng điện năng.
Công tơ đo điện năng tác dụng và điện năng phản kháng, cùng với đồng hồ đo điện áp và dòng điện, là những thiết bị đo lường quan trọng trong hệ thống điện Ngoài ra, thiết bị truyền thông tin đo lường cũng đóng vai trò thiết yếu trong việc thu thập và phân tích dữ liệu điện năng, giúp nâng cao hiệu quả sử dụng và quản lý năng lượng.
- Thiết bị giảm tổn thất điện năng: Tụ bù
Thiết bị nâng cao độ tin cậy bao gồm các giải pháp như thiết bị tự động đóng lại, nguồn dự trữ tự đóng, máy cắt hoặc dao cách ly phân đoạn, khớp nối dễ tháo trên đường dây và kháng điện hạn chế ngắn mạch Những thiết bị này đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn và ổn định cho hệ thống điện.
Thiết bị điều khiển từ xa hoặc tự động bao gồm máy tính điện tử, thiết bị đo xa, thiết bị truyền và thu thông tin, cùng với các thiết bị xử lý thông tin và điều khiển xa.
Mỗi thành phần trong lưới điện đều được xác định bởi các thông số đặc trưng như công suất, điện áp định mức, tiết diện dây dẫn, điện kháng, điện dung, dòng điện cho phép, tần số định mức và khả năng đóng cắt, tất cả đều dựa trên các tính toán kỹ thuật chính xác.
Các phần tử trong lưới điện phân phối như máy biến áp, dây dẫn, thiết bị đóng cắt, máy biến dòng và tụ bù có dòng công suất đi qua ảnh hưởng trực tiếp đến các thông số chế độ như điện áp, dòng điện và công suất Do đó, việc tính toán chế độ làm việc của lưới điện phân phối cần phải xem xét các thông số này.
Các phần tử thường chỉ có hai trạng thái: hoạt động và không hoạt động Tuy nhiên, một số phần tử đặc biệt như hệ thống điều áp và tụ bù có điều khiển lại có nhiều trạng thái, mỗi trạng thái tương ứng với một khả năng làm việc khác nhau.
Một số thiết bị điện có thể thay đổi trạng thái khi đang mang điện, như máy cắt, áp tô mát và các thiết bị điều chỉnh dưới tải Ngược lại, một số thiết bị như dao cách ly và đầu phân áp cố định chỉ thay đổi trạng thái khi cắt điện Máy biến áp và đường dây điện có thể thay đổi trạng thái dưới tải nhờ vào các máy cắt Các thiết bị phân đoạn giúp chia đường dây điện thành nhiều phần trong hệ thống điện.
Không phải tất cả các phần tử trong lưới phân phối đều hoạt động liên tục; một số có thể ngừng hoạt động do sự cố hoặc lý do kỹ thuật, kinh tế Chẳng hạn, tụ bù có thể được cắt ra khi tải thấp để duy trì điện áp ổn định Một số phần tử của lưới cũng không hoạt động nhằm tối ưu hóa hiệu suất của lưới phân phối trong điều kiện tổn thất công suất tối thiểu.
Hình 2 1 Vị trí và vai trò của lưới điện phân phối
Độ tin cậy trong lưới điện phân phối
2.2.1 Các khái niệm về độ tin cậy Độ tin cậy là xác suất để hệ thống (hoặc phần tử) hoàn thành nhiệm vụ yêu cầu trong khoảng thời gian nhất định và trong điều kiện vận hành nhất định
Như vậy độ tin cậy luôn gắn với việc hoàn thành một nhiệm vụ cụ thể, trong một thời gian nhất định và trong một hoàn cảnh nhất định
Độ tin cậy của hệ thống hay phần tử được xác định bởi khả năng hoàn thành nhiệm vụ trong khoảng thời gian nhất định, và được xem như một đại lượng thống kê dựa trên kinh nghiệm trong quá khứ Đối với các hệ thống không phục hồi, độ tin cậy mang tính chất thống kê, trong khi với hệ thống phục hồi như hệ thống điện, khái niệm thời gian không còn bắt buộc Thay vào đó, độ sẵn sàng trở thành chỉ số quan trọng hơn, thể hiện xác suất mà hệ thống hoặc phần tử có thể hoàn thành nhiệm vụ tại bất kỳ thời điểm nào Độ sẵn sàng được tính bằng tỷ số giữa thời gian hệ thống ở trạng thái tốt và tổng thời gian hoạt động, phản ánh khả năng của hệ thống duy trì trạng thái hoạt động hiệu quả.
Ngược lại với độ sẵn sàng là độ không sẵn sàng, nó là xác suất để hệ thống hoặc phần tử ở trạng thái hỏng
Độ tin cậy của hệ thống nguồn phát và truyền tải đóng vai trò quan trọng trong an toàn vận hành của hệ thống điện, do đó thường được ưu tiên đầu tư hơn so với lưới điện phân phối Tuy nhiên, độ tin cậy của lưới điện phân phối lại có ảnh hưởng trực tiếp đến việc cung cấp điện cho khách hàng, đây chính là mục tiêu cuối cùng trong kinh doanh điện năng.
Theo quy định của Bộ Công thương, sự cố điện được phân loại thành hai loại: sự cố thoáng qua và sự cố kéo dài Sự cố thoáng qua là khi thời gian ngừng cấp điện không vượt quá 5 phút, trong khi sự cố kéo dài là khi thời gian ngừng cấp điện từ 5 phút trở lên.
Hình 2 4 Thiết bị báo sự cố trên lưới điện hình tia
Mạng phân phối điện thường hoạt động theo hình tia, khiến việc cắt một phần tử có thể dẫn đến ngừng cung cấp điện cho phụ tải Để đánh giá tần suất ngừng cung cấp điện, cần tính tổng cường độ hỏng hóc của tất cả các phần tử nối tiếp từ điểm cung cấp nguồn đến nút phụ tải Trong khi đó, với mạng vận hành song song vòng hoặc lưới, việc tính toán tần suất ngừng cung cấp điện trở nên phức tạp hơn Độ tin cậy của mạng phân phối chủ yếu phụ thuộc vào khoảng thời gian mất điện, thời gian phục hồi và chi phí do ngừng cung cấp điện, chi phí này tăng không tuyến tính theo thời gian mất điện Hàm phân bố xác suất của thời gian mất điện có ảnh hưởng lớn đến chi phí phát sinh Thêm vào đó, thời gian phục hồi cung cấp điện phụ thuộc vào vị trí trong mạng, dẫn đến chi phí ngừng cung cấp điện khác nhau đáng kể giữa các vị trí trong mạng phân phối.
Trong mạng phân phối, việc tính toán độ tin cậy thường giả định rằng nguồn cung cấp có độ tin cậy tuyệt đối, nhưng thực tế cho thấy nguồn cung cấp có thể bị mất điện Do đó, cần phải xem xét khả năng thay đổi nguồn cung cấp Phương pháp kỹ thuật tính toán của mạng truyền tải có thể áp dụng hiệu quả cho mạng phân phối để đảm bảo độ tin cậy cao hơn.
Thiết kế và vận hành mạng điện cần đảm bảo cung cấp năng lượng liên tục và chất lượng cho khách hàng, đồng thời tối ưu hóa chi phí hệ thống và thiết bị Cung cấp điện liên tục không chỉ đáp ứng nhu cầu tiêu thụ mà còn đảm bảo an toàn cho người và thiết bị Chất lượng điện được xác định qua sự ổn định của điện áp và tần số Để đảm bảo độ tin cậy trong cung cấp điện, hệ thống mạng điện cần phải tránh tình trạng mất điện, từ đó giảm thiểu tổn thất trong thương mại, dịch vụ và phúc lợi Việc tính toán chi phí là cần thiết để nâng cao độ tin cậy và giảm thiểu phí tổn mất điện kỳ vọng.
Chi phí nâng cao độ tin cậy đóng vai trò quan trọng trong việc đánh giá tổng quát Phân tích kinh tế độ tin cậy hệ thống là công cụ hữu ích giúp cải thiện độ tin cậy và xác định mức đầu tư hợp lý cho hệ thống.
Kinh nghiệm cho thấy mất điện trong lưới điện phân phối thường do các yếu tố tự nhiên như sét, mưa và gió, cũng như do vật liệu xuống cấp, thiết bị hỏng hóc hoặc sai sót của con người Nguy hiểm nhất là tình trạng mất điện kéo dài do mưa bão và lốc xoáy, điều này khiến việc phục hồi cung cấp điện trở nên khó khăn, đặc biệt trong các khu vực rộng lớn.
Hình 2 5 Đường cong chi phí về phí tổn mất điện kỳ vọng khi tăng độ tin cậy của hệ thống.
Khái niệm về trạng thái và hỏng hóc của hệ thống điện
Trạng thái của hệ thống điện là tổng hợp các trạng thái của tất cả các phần tử trong hệ thống Nếu các phần tử này được giả định là độc lập, xác suất trạng thái của hệ thống sẽ được tính bằng tích xác suất của từng phần tử.
Bài toán độ tin cậy
Nội dung bài toán giải tích độ tin cậy (ĐTC) liên quan đến việc tính toán các chỉ tiêu ĐTC cho một bộ phận trong hệ thống điện dựa trên các thông số ĐTC của các phụ tải Các chỉ tiêu này thường gắn liền với tiêu chuẩn hỏng hóc do người phân tích đặt ra, chẳng hạn như thời gian mất điện của phụ tải hoặc điện áp thấp hơn mức cho phép Các yếu tố đầu vào chủ yếu ảnh hưởng đến ĐTC của hệ thống điện, tuy nhiên, việc xem xét tất cả các yếu tố này là rất phức tạp, do đó, tùy thuộc vào phương pháp tính toán, một số yếu tố có thể bị bỏ qua hoặc đơn giản hóa.
Một số phương pháp đánh giá độ tin cậy
2.5.1 Phương pháp đồ thị - giải tích
Phương pháp này thiết lập mối quan hệ trực tiếp giữa ĐTC của hệ thống và ĐTC của các phần tử đã biết thông qua sơ đồ ĐTC Bằng cách áp dụng đại số Boole và lý thuyết xác suất các tập hợp, chúng ta có thể tính toán ĐTC một cách chính xác Sơ đồ ĐTC được cấu tạo từ các nút và nhánh, tạo thành mạng lưới kết nối giữa nút nguồn và nút tải Trạng thái hỏng của hệ thống xảy ra khi nút nguồn bị tách rời khỏi nút tải do sự cố của các phần tử.
Phương pháp này sử dụng sơ đồ độ tin cậy kết hợp với giải tích đại số Boole và lý thuyết xác suất thống kê để tính toán độ tin cậy.
Sơ đồ độ tin cậy của hệ thống được xây dựng dựa trên phân tích tác động của hư hỏng phần tử đến toàn bộ hệ thống Nó bao gồm các nút (nguồn, tải, trung gian) và các nhánh, tạo thành một mạng lưới kết nối giữa nút nguồn và nút tải Hệ thống hoạt động khi có ít nhất một đường nối từ nút nguồn đến nút tải; ngược lại, nếu các phần tử hư hỏng làm tách rời nút nguồn và nút tải, hệ thống sẽ ở trạng thái hỏng Các dạng sơ đồ độ tin cậy có thể được phân loại theo nhiều cách khác nhau.
Hình 2 6 Sơ đồ nối tiếp và sơ đồ song song
Hình 2 7 Sơ đồ hổn hợp
- Sơ đồ nối tiếp: Hệ thống hỏng khi có một phần tử hỏng
- Sơ đồ song song: Hệ thống hỏng khi tất cả các phần tử hỏng
- Sơ đồ hổn hợp: Hệ thống có thể hỏng khi một số phần tử hỏng
Trên cơ sở phân tích sơ đồ độ tin cậy và các tính toán giải tích ta tính được các chỉ tiêu về độ tin cậy của hệ thống
2.5.2 Phương pháp không gian trạng thái
Phương pháp này sử dụng quá trình Markov để tính toán xác suất và tần suất trạng thái Quá trình Markov là một mô hình toán học mô tả các quá trình ngẫu nhiên, trong đó hệ thống chuyển từ trạng thái này sang trạng thái khác, với điều kiện rằng sự chuyển đổi chỉ phụ thuộc vào trạng thái hiện tại mà không cần xem xét quá khứ Trong hệ thống điện, sự chuyển trạng thái thường xảy ra do hỏng hóc hoặc phục hồi của các phần tử Nếu giả thiết rằng thời gian hoạt động và thời gian phục hồi của các phần tử tuân theo phân bố mũ, thì thời gian hệ thống ở các trạng thái cũng sẽ có phân bố mũ, với cường độ chuyển trạng thái là hằng số và không phụ thuộc vào thời gian.
Trong phương pháp này hệ thống được diễn tả bởi các trạng thái hoạt động và các khả năng chuyển giữa các trạng thái đó
Trạng thái của một hệ thống được xác định bởi sự kết hợp của các trạng thái của các phần tử trong hệ thống Mỗi tổ hợp trạng thái phần tử tương ứng với một trạng thái cụ thể của hệ thống Các phần tử có thể ở nhiều trạng thái khác nhau như tốt, hỏng hoặc đang bảo trì Khi trạng thái của một phần tử thay đổi, nó sẽ ảnh hưởng đến trạng thái tổng thể của hệ thống Nếu mỗi phần tử có hai trạng thái và hệ thống bao gồm n phần tử, tổng số trạng thái của hệ thống sẽ là 2^n Hệ thống luôn tồn tại trong một trong các trạng thái khả thi của không gian trạng thái, vì vậy tổng xác suất của tất cả các trạng thái luôn bằng 1.
2.5.3 Phương pháp cây hỏng hóc
Phương pháp cây hỏng hóc sử dụng đồ thị quan hệ nhân quả để mô tả các dạng hỏng hóc trong hệ thống, liên kết giữa hỏng hóc hệ thống và hỏng hóc thành phần dựa trên hàm đại số Boole Cơ sở tính toán của phương pháp này là các hỏng hóc cơ bản của các phần tử Cây hỏng hóc thể hiện mối quan hệ logic giữa các phần tử và các mãng của hệ thống, cũng như giữa hỏng hóc cơ bản và hỏng hóc hệ thống Đây là một phương pháp hiệu quả để nghiên cứu độ tin cậy của các hệ thống phức tạp, đặc biệt là trong lĩnh vực hệ thống điện.
2.5.4 Phương pháp đường tối thiểu
Từ nút nguồn đến nút phụ tải có thể có nhiều đường khác nhau, với mỗi đường bao gồm các phần tử nối tiếp Đường tối thiểu là đường mà không có nút nào xuất hiện hai lần.
2.5.5 Phương pháp cắt lát tối thiểu
Lát cắt trong hệ thống bao gồm các phần tử mà khi tất cả hỏng, hệ thống sẽ ngừng hoạt động Mỗi phần tử có khả năng tải đáp ứng nhu cầu của phụ tải Lát cắt tối thiểu là tập hợp các phần tử cần thiết nhất, và khi tất cả các phần tử trong lát cắt tối thiểu đều hỏng, hệ thống sẽ gặp sự cố.
2.5.6 Phương pháp mô phỏng Monte-Carlo
Phương pháp Monte Carlo mô phỏng hoạt động ngẫu nhiên của các phần tử trong hệ thống, tạo ra lịch sử hoạt động của chúng trên máy tính Phương pháp này sau đó áp dụng các kỹ thuật đánh giá thống kê để phân tích và rút ra kết luận về độ tin cậy của từng phần tử cũng như toàn bộ hệ thống.
Mỗi phương pháp phân tích độ tin cậy đều có những ưu điểm riêng phù hợp với từng bài toán cụ thể Phương pháp Monte Carlo thường được áp dụng trong việc phân tích độ tin cậy của hệ thống điện, trong khi phương pháp cây hỏng hóc thích hợp cho độ tin cậy của các nhà máy điện Đối với các bài toán về độ tin cậy nguồn điện, phương pháp không gian trạng thái là lựa chọn phổ biến Đặc biệt, khi giải quyết bài toán độ tin cậy của lưới điện, việc kết hợp phương pháp không gian trạng thái với phương pháp đồ thị - giải tích mang lại hiệu quả cao Chúng ta sẽ sử dụng phương pháp đồ thị - giải tích để đánh giá độ tin cậy của lưới điện phân phối.
Các chỉ số đánh giá độ tin cậy của lưới điện phân phối theo tiêu chuẩn IEEE
Độ tin cậy của hệ thống cung cấp điện được xác định bởi khả năng duy trì nguồn điện liên tục cho người tiêu dùng với chất lượng điện năng đạt yêu cầu Để đánh giá hệ thống điện và cung cấp điện, có nhiều chỉ tiêu khác nhau cần được xem xét, liên quan đến các đại lượng quan trọng.
2.6.1 Các chỉ số mất điện kéo dài
2.6.1.1 Chỉ số tần suất mất điện trung bình của hệ thống, SAIFI (System Average
SAIFI = Tổng số lần mất điện của khách hàng
Tổng số khách hàng được phục vụ
: Tổng số khách hàng bị mất điện
N i : Số lượng khách hàng tại nút i
Chỉ tiêu này cho biết trung bình một khách hàng bị ngừng cấp điện kéo dài bao nhiêu lần trong thời kỳ báo cáo (thường là trong một năm)
2.6.1.2 Chỉ số thời gian ngừng cấp điện trung bình của hệ thống, SAIDI (System average interruption duration index):
SAIDI = Tổng số giờ mất điện của khách hàng
Tổng số khách hàng được phục vụ
U N Thời gian khách hàng bị mất điện
: Tổng số khách hàng bị mất điện i i i
U r Hệ số hỏng hóc của nhánh thứ i
Chỉ tiêu này cho biết trung bình một khách hàng bị ngừng cấp điện bao nhiêu giờ trong thời kỳ báo cáo (thường là trong một năm)
2.6.1.3 Chỉ số thời gian mất điện trung bình của khách hàng, CAIDI (Customer average interruption duration index):
CAIDI= Tổng số giờ mất điện của khách hàng
Tổng số lần mất điện của khách hàng = SAIDI
U N Tổng thời gian khách hàng bị mất điện i N i
Tổng số khách hàng bị mất điện
Chỉ tiêu này xác định thời gian mất điện trung bình của một khách hàng trong một năm cho một lần ngừng cấp điện
2.6.1.4 Độ sẳn sàng phục vụ trung bình, ASAI (Average service availability index):
Chỉ tiêu này xác định mức độ sẳn sàng hay độ tin cậy hệ thống
∑ 8760 N i − ∑ 𝑈 i N i : Số giờ khách hàng được cung cấp điện
8760 N i : Số giờ khách hàng cần cung cấp điện
2.6.1.5 Năng lượng không được cung cấp, ENS (Energy not supplise index):
L a i Công suất tải trung bình tại nút thứ i
Chỉ tiêu này xác định sản lượng điện bị mất đối với hệ thống trong một năm
2.6.1.6 Điện năng trung bình không được cung cấp, AENS hay ngừng cấp điện hệ thống trung bình (Average Energy not supplied index):
AENS = Tổng điện năng không được cung cấp
Tổng khách hàng được cung cấp = ∑ L ∑ a(i) N U i i (2.5)
Tổng điện năng không được cung cấp
Tổng số khách hàng được cấp điện
Chỉ tiêu này xác định sản lượng điện trung bình không được cung cấp đối với một khách hàng trong một năm
2.6.2 Chỉ tiêu tần suất mất điện thoáng qua trung bình của hệ thống, MAIFI
(Momentary Average Interruption Frequency Index):
MAIFI = Tổng số lần khách hàng bị mất điện thoáng qua
Tổng số khách hàng được cấp điện
: Tổng số khách hàng bị mất điện thoáng qua
: Cường độ sự cố thoáng qua
: Số lượng khách hàng tại nút i
Chỉ tiêu này cho biết trung bình một khách hàng bị ngừng cấp điện thoáng qua bao nhiêu lần trong thời kỳ báo cáo (thường là trong một năm)
Nhiều quốc gia trên thế giới sử dụng các chỉ số SAIFI, SAIDI, CAIFI và CAIDI để đánh giá độ tin cậy trong cung cấp điện Tại Việt Nam, các chỉ số SAIDI, SAIFI, MAIFI và ENS được áp dụng để đo lường độ tin cậy của hệ thống điện.
Bài viết này tập trung vào việc đánh giá chỉ tiêu điện năng ngừng cung cấp (ENS) và phân tích nhu cầu tiêu thụ điện năng của khách hàng dựa trên hợp đồng cung cấp điện.
Để đánh giá độ tin cậy của lưới điện truyền tải và phân phối tại Việt Nam, EVN sử dụng các suất sự cố, bao gồm suất sự cố thoáng qua và kéo dài cho các đường dây điện Tuy nhiên, các chỉ tiêu này chưa phản ánh đầy đủ độ tin cậy cung cấp điện và mức độ ảnh hưởng của sự cố đến quá trình vận hành Thông tư số 39/2015/TT-BCT quy định tiêu chuẩn độ tin cậy cung cấp điện trong hệ thống điện phân phối nhưng vẫn chưa rõ ràng về mức độ hợp lý của chỉ số độ tin cậy Hơn nữa, EVN chưa có những chỉ đạo cụ thể để cải thiện độ tin cậy cung cấp điện cho khách hàng, dẫn đến việc chỉ dừng lại ở giai đoạn ghi nhận Các Tổng Công ty Điện lực thường áp dụng mô hình tính toán độ tin cậy cung cấp điện theo mô hình phần tử cấp điện.
Hình 2 8 Mô hình quản lý khách hàng theo phần tử cấp điện
Việc lựa chọn đúng chỉ tiêu, phương pháp và công cụ tính toán độ tin cậy cung cấp điện là rất quan trọng để đáp ứng nhu cầu của các hộ tiêu dùng và phụ tải vận hành Giải thuật tối ưu bầy đàn PSO có khả năng tìm ra cấu trúc lưới điện tối ưu nhất cho từng mạng điện, từ đơn giản đến phức tạp, đồng thời thể hiện ưu điểm về độ hội tụ nhanh trong bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối, giúp lựa chọn phương án vận hành có lợi nhuận và khả thi nhất.
Các nghiên cứu khoa học về bài toán tối ưu cấu trúc LĐPP
2.7.1 Giới thiệu Để xác định cấu trúc lưới phân phối theo các bài toán thì đầu tiên phải xây dựng mô hình toán học cho lưới phân phối Tùy theo từng bài toán mà ta tiến hành xây dựng hàm mục tiêu cụ thể Trong đề tài này chúng ta cần phải xây dựng hàm mục tiêu để cực đại độ tin cậy cung cấp điện thông qua việc tính chi phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện cho hệ thống
KHÁCH HÀNG NGOÀI EVN ĐƯỜNG DÂY
Vấn đề tái cấu hình lưới phân phối tương tự như việc tối ưu hóa phân bố công suất cho lưới điện, tuy nhiên, nó đòi hỏi phải xử lý một khối lượng biến lớn do nhiều yếu tố ảnh hưởng đến trạng thái của khóa điện và điều kiện vận hành Để lưới điện phân phối hoạt động hiệu quả, cần đảm bảo không quá tải máy biến áp, đường dây và thiết bị đóng cắt, đồng thời sụt áp tại hộ tiêu thụ phải nằm trong giới hạn cho phép.
Tái cấu hình lưới là một bài toán quy hoạch phi tuyến rời rạc liên quan đến dòng công suất chạy trên các nhánh Vấn đề này được trình bày chi tiết trong tài liệu [3].
Cực tiểu hàm n n ij ij i 1 j 1
Với: Cij: Hệ số trọng lượng của tổn thất trên nhánh ij
Lij: Tổn thất của nhánh nối từ nút i đến nút j
Thoả mãn điều kiện sau: n ij j i 1
Trong đó: n Số nút tải có trên lưới
Sij, DVij Dòng công suất, Sụt áp trên nhánh ij
Dj Nhu cầu công suất điện tại nút j f t
S Dòng công suất trên đường dây ft ft Các đường dây được cung cấp điện từ máy biến áp t f t
Đường dây ft có giá trị 1 khi hoạt động và 0 khi không hoạt động Hàm mục tiêu (2.7) thể hiện tổng tổn thất trên toàn lưới phân phối và có thể được đơn giản hóa bằng cách xem xét dòng công suất nhánh với thành phần công suất tải và điện áp các nút tải là hằng số Biểu thức (2.8) đảm bảo cung cấp đủ công suất theo nhu cầu của các phụ tải, trong khi điều kiện chống quá tải tại trạm trung gian và sụt áp tại nơi tiêu thụ được trình bày qua (2.9) và (2.10) Biểu thức (2.11) đảm bảo rằng các trạm biến thế hoạt động trong giới hạn công suất cho phép, và mạng phân phối hình tia được đảm bảo qua biểu thức (2.12).
Tái cấu hình hệ thống lưới điện phân phối là một bài toán quy hoạch phi tuyến rời rạc, với hàm mục tiêu bị gián đoạn Việc giải quyết bài toán này bằng các phương pháp giải tích toán học truyền thống gặp nhiều khó khăn do khối lượng tính toán lớn, ngay cả khi áp dụng các giả thuyết hỗ trợ.
- Không xét đến thiết bị bù công suất phản kháng
- Thao tác đóng/cắt để chuyển tải không gây ổn định của hệ thống điện
- Điện áp tại các nút tải không thay đổi và có giá trị gần bằng Uđm
- Khi giải quyết bài toán phân bố công suất trên lưới hình tia, bỏ qua việc tổn thất công suất
- Độ tin cậy cung cấp điện của lưới điện phân phối được xem là không đổi khi cấu trúc lưới thay đổi
Khi giải quyết bài toán tái cấu hình lưới điện phân phối, các nhà khoa học thường áp dụng các phương pháp tìm kiếm tối ưu để đạt được kết quả tốt hơn Những phương pháp này bao gồm tối ưu hóa Heristic, hệ chuyên gia và thuật toán di truyền, giúp nâng cao hiệu quả trong việc tái cấu hình lưới điện.
2.7.2 Giải thuật của Merlin và Back – kỹ thuật vòng kín
Giải thuật của Merlin và Back đơn giản là đóng tất cả các khóa điện để tạo thành một lưới kín, sau đó giải quyết bài toán phân bố công suất bằng cách mở lần lượt các khóa có dòng nhỏ nhất cho đến khi lưới điện trở thành hình tia Họ cho rằng trong mạch vòng, lưới điện phân phối luôn có tổn thất công suất tối thiểu Do đó, để đạt được lưới điện hình tia, quá trình loại bỏ những nhánh có công suất nhỏ nhất sẽ tiếp tục cho đến khi tất cả các phụ tải được cung cấp điện và lưới điện hoạt động ở trạng thái hở.
Những ưu điểm của phương pháp này:
- Cấu trúc lưới cuối cùng độc lập với trạng thái ban đầu của các khóa điện
- Quá trình thực hiện phương pháp này dẫn đến tối ưu hoặc gần tối ưu theo hàm mục tiêu
Nhược điểm của phương pháp này:
Phụ tải được xem là tải tác dụng và nguồn cung cấp hiện tại sẽ giữ nguyên trong suốt quá trình tái cấu hình.
- Sụt áp trên lưới được cho là không đáng kể
- Các hạn chế khác của lưới điện cũng được bỏ qua
Shirmohammadi và Hong đã cải tiến thuật toán của Merlin và Back, đạt được kết quả tốt hơn trong việc tìm kiếm giải pháp tối ưu hoặc gần tối ưu cho hàm mục tiêu Sự khác biệt chính của thuật toán mới so với phiên bản gốc là việc xem xét điện thế tại các trạm trung gian và các yếu tố liên quan đến dòng điện.
Shirmohammadi [6] là người tiên phong trong việc áp dụng kỹ thuật bơm vào và rút ra một lượng công suất không đổi để mô phỏng thao tác chuyển tải của lưới điện phân phối, mặc dù về mặt vật lý hoạt động hở nhưng lại có cấu trúc toán học tương tự như một mạch vòng Dòng công suất bơm vào và rút ra được xem là một đại lượng liên tục Tuy nhiên, sau khi được điều chỉnh, phương pháp này vẫn tồn tại nhiều nhược điểm.
- Mặt dù đã áp dụng các luật heuristic, giải thuật này vẫn cần quá nhiều thời gian để tìm ra được cấu trúc giảm tổn thất công suất
- Tính chất không cân bằng và nhiều pha chưa được mô phỏng đầy đủ
- Tồn thất của thiết bị trên đường dây chưa được xét đến trong giải thuật
Bắt đầu Nhập cấu trúc lưới điện và khóa điện
Giải bài toán phân bố công suất
Giải bài toán phân bố công suất và thay thế tải bằng các nguồn dòng Đóng tất cả các khóa điện
Mở khóa điện có dòng bé nhất Đóng khóa điện vừa mở
Mở khóa điện có dòng bé nhất tiếp theo
Vi phạm các điều kiện vận hành
Hình 2 9 Giải thuật của MerLin và Back đã được Shirmohammadi chỉnh sửa
2.7.3 Giải thuật của Civanlar và các cộng sự – kỹ thuật đổi nhánh
Giải thuật của Civanlar [7] sử dụng luật Heuristic để tái cấu hình lưới điện phân phối, với lưu đồ mô tả giải thuật được trình bày trong Hình 2.10 Giải thuật này được đánh giá cao nhờ vào những đặc điểm nổi bật của nó.
Để giảm số lượng khóa điện cần xem xét, cần xác định hai quy luật quan trọng: Thứ nhất, nguyên tắc chọn khóa đóng yêu cầu có sự chênh lệch điện áp đáng kể tại khóa đang mở để giảm tổn thất Thứ hai, nguyên tắc chọn khóa mở cho thấy việc giảm tổn thất chỉ đạt được khi chuyển tải từ phía có độ sụt áp lớn sang phía có độ sụt áp nhỏ hơn.
Xây dựng hàm số để mô tả mức giảm tổn thất công suất tác dụng là rất quan trọng khi có sự thay đổi trạng thái của một cặp khóa điện trong quá trình tái cấu hình lưới điện Việc này giúp tối ưu hóa hiệu suất của lưới và giảm thiểu tổn thất năng lượng trong hệ thống điện.
D Tập các nút tải được dự kiến chuyển tải
Ii Dòng điện tiêu thụ của nút thứ i
EM Tổn thất điện áp do thành phần điện trở gây ra tại nút M
EN Tổn thất điện áp do thành phần điện trở gây ra tại nút N
Rloop Tổng các điện trở trên vòng kín khi đóng khóa điện đang mở
Biểu thức (2.13) được rút gọn từ phân tích mô hình tải phân bố tập trung, cho thấy độ chính xác khi áp dụng cho các lưới điện mẫu nhỏ Tuy nhiên, tính chính xác của biểu thức này vẫn chưa được kiểm chứng trên các lưới điện lớn.
Kỹ thuật đổi nhánh là quá trình thay thế một khóa mở bằng một khóa đóng trong cùng một vòng nhằm giảm tổn thất công suất Vòng được lựa chọn để thực hiện đổi nhánh là vòng có cặp khóa đóng/mở mang lại mức giảm tổn thất công suất lớn nhất Quá trình này sẽ được lặp lại cho đến khi không còn khả năng giảm tổn thất nữa.
Giải thuật Civanlar có những ưu điểm sau:
- Việc xác định dòng tải tương đối chính xác
Các nghiên cứu khoa học
2.8.1 Phương pháp cây sự cố - Graph Tree
Năm 2007 Dan Zhu đã sử dụng phương pháp chia hệ thống điện thành nhiều phần nhỏ để tính toán các hệ số tin cậy:
Hình 2 12: Mô hình phân chia lưới phân phối
- S: khu vực cung cấp điện mà chúng ta quan tâm (segment of interest S)
- Tập hợp NSSL bao gồm các phân đoạn mà không thể được chuyển đi từ đường dẫn liên tục giữa S và nguồn ban đầu
SL bao gồm các phân đoạn có khả năng chuyển giao từ các phân đoạn liên quan của S, vì vậy nếu xảy ra sự cố trong các thiết lập SL, S có thể được cung cấp thông qua một nguồn thay thế.
- Tập hợp NSL bao gồm các phân đoạn mà không thể chuyển đi từ các phân đoạn liên quan của S
Đối với các thiết lập tương tự, các thành phần không thuộc các phân đoạn này có thể được khôi phục công suất, với S là một nguồn thay thế hiệu quả.
Trong các thiết lập NSAF, nếu có các phân đoạn không thuộc về thiết lập này, thì các phân đoạn liên quan của S sẽ không thể được khôi phục tạm thời từ một nguồn cấp khác thay thế.
Tập hợp SF bao gồm tất cả các phân đoạn có thể tách biệt từ nguồn S và một sự thay thế, cho phép khôi phục năng lượng vào S từ các nguồn thay thế Điều này đảm bảo rằng trong quá trình tái lập, hệ thống không vi phạm giới hạn đối với các phân đoạn trong bộ này.
Tập hợp NSF bao gồm tất cả các phân đoạn có thể được tách ra từ nguồn S và một sự thay thế, tuy nhiên, không thể tái lập lại công suất.
S vì vi phạm giới hạn hệ thống
Từ quan điểm phân chia như trên, ta nhận thấy đoạn lưới phân phối sẽ được mô phỏng như sau:
Lưới phân phối là sự kết hợp của các thành phần trong hệ thống điện phân phối, bao gồm thiết bị đóng cắt như SW, RC, LBFCO, FCO, máy biến áp phân phối, nguồn điện, đường dây và khu vực cấp điện của đường dây.
Sau khi mô hình hóa hệ thống phân phối, Dan Zhu đã phân chia tác động của môi trường thành hai khía cạnh: bão và cường độ sét Đối với bão, tác giả sử dụng số liệu thống kê khoảng mười năm từ vùng Virginia để phân loại bão theo nhiệt độ và gió, cùng với thời gian mất điện tương ứng Còn về sét, Dan Zhu cũng tổng hợp và phân chia theo các cấp độ dòng sét từ 10 đến 50 kA để tính toán độ tin cậy và thời gian mất điện Dựa trên những tiêu chí này, Dan Zhu đã thực hiện mô phỏng nhằm lựa chọn phương án vận hành hợp lý.
Nghiên cứu về lưới điện cho thấy ưu điểm là việc mô phỏng trên máy tính dễ dàng nhờ vào sự kết hợp của các hàm boolean, giúp tính toán nhanh chóng để đánh giá trạng thái vận hành Tuy nhiên, nhược điểm lớn là thiếu phương pháp mô hình hóa rõ ràng cho các yếu tố thời tiết, chỉ dựa vào tốc độ gió, nhiệt độ và cường độ sét, dẫn đến quyết định có thể sai lệch Hơn nữa, phương pháp này chưa xem xét thời gian xảy ra sự cố, thời gian khôi phục và lượng năng lượng không được cung cấp, do đó không đủ cơ sở để đánh giá hiệu quả kinh tế.
2.8.2 Mô hình hóa dựa trên tỷ lệ sự cố và thời gian sửa chữa
Năm 2002, Peng Wang và Roy Billinton đã nghiên cứu phân chia thời tiết thành hai trạng thái: bình thường và không bình thường Nghiên cứu này chỉ ra rằng độ tin cậy của lưới điện phân phối trên không phụ thuộc vào hai trạng thái này Các thiết bị trên lưới được phân loại theo tỷ lệ sự cố và trạng thái phục hồi.
Mô hình hai trạng thái của thiết bị cho phép xem xét tác động của thời tiết thông qua việc áp dụng hệ số ảnh hưởng vào các thông số của các phần tử Cường độ hỏng hóc được xác định bởi công thức λ(t) = ω(t).λn.
- ω(t) là trọng số tải biến đổi theo thời tiết
- λn là cường độ sự cố trong điều kiện bình thường b Thời gian sửa chữa r(t)= ωω(t).ωd(d).ωh(t).r (2.20) Trong đó:
- ωω(t): hệ số biến đổi trong điều kiện sự cố
- ωd(d): hệ số biến đổi theo điều kiện ngày
- ωh(t): hệ số biến đổi theo điều kiện giờ
- r: hệ số thời gian sửa chữa phụ thuộc vào điều kiện bình thường c Năng lượng không cung cấp cho tải và chi phí do mất điện gây ra
Năng lượng không cung cấp cho tải được định nghĩa là:
Chi phí do mất điện gây ra được định nghĩa là:
- rij: thời gian sự cố, chúng có thể bao gồm các điều chỉnh cần thiết
- Lij: điểm tải trung bình
- cij: hàm chi phí do sự cố gây ra d Nhận xét về phương pháp Ưu điểm:
- Đã phân chia hệ thống theo từng khu vực, tính toán được thời gian sự cố và thời gian phục hồi trung bình
- Đã đưa ra được cách tính năng lượng không thể cung cấp cho hệ thống, chi phí mất điện trung bình theo từng khu vực
- Không nói lên được cấu trúc vận hành có đảm bảo điều kiện kỹ thuật hay không, đó có là phương án vận hành tối ưu hay chưa
Chưa thể đánh giá mức độ tăng hệ số tin cậy do mục tiêu chính của phương pháp là năng lượng không cung cấp được (ENS) và chi phí ngừng cung cấp (COST).
2.8.3 Mụ hỡnh húa cải tiờ́n của Karin Alvehag và Lennart Sửder
Năm 2011, Karin Alvehag và Lennart Sửder đã mô hình hóa các thông số hỏng hóc bằng cách sử dụng mô hình thời tiết với hai trạng thái bình thường và bất thường, dựa trên các thông số đầu vào là gió và sét Cường độ hỏng hóc được biểu diễn qua công thức: λ(ω(t), Ng(t)) = λhw(ω(t)) + λl(Ng(t)) + λn(ω(t), Ng(t)).
- λhw(ω(t)): cường độ sự cố suốt thời gian tốc độ gió lớn
- λl(Ng(t)): cường độ sự cố suốt thời gian sét
- λn(ω (t),Ng(t)): cường độ sự cố trong điều kiện bình thường
W < Wcrit W Wcrit gió sét Hình 2 14: Mô hình theo gió và sét
Sự cố theo A – C được định nghĩa như sau:
Thời tiết bình thường C: (ω(t) < ωcrit)∩(Ng = 0 ) b Mô hình cường độ sự cố trong khoảng thời gian gió lớn λwind(ω(t)) = ( γ1e γ2ω(t) – γ3)λnorm (2.24) Trong đó:
- ω(t): tốc độ gió tại thời điểm t
- α, γ1, γ2, γ3 : các hệ số tỷ lệ
- ωcrit : ngưỡng giới hạn của gió
- λnorm: cường độ sự cố trong điều kiện bình thường c Mô hình cường độ sự cố trong suốt thời gian sét λlingtning (Ng(t)) = (βNg(t) + 1)λnorm (2.25)
- Ng(t): mật độ sét tại thời điểm t
- λnorm: cường độ sự cố trong điều kiện bình thường d Thời gian sửa chữa r(t) = fω(ω(t), Ng(t)).fd(t).fh(t).rnorm rcomp(t) = fd(t).fh(t).rc (2.26)
- fω(ω(t), Ng(t)): hệ số trong suốt thời gian bất thường
- fh(t): hệ số biến đổi theo giờ
- fd(t): hệ số biến đổi theo ngày
- rc: hệ số phụ thuộc thời gian phục hồi
- rnorm: hệ số phụ thuộc trong điều kiện thời tiết bình thường
Phương pháp này có những ưu và nhược điểm sau: Ưu điểm:
- Đã đưa ra được hệ số ảnh hưởng của sét, gió tác động lên hệ thống
- Dùng mô phỏng Monte Carlo để mô phỏng do đó hệ số thể hiện tương đối gần với thực tế
Giống như các mô hình dự báo thời tiết khác, mô hình này không thể xác định liệu cấu trúc vận hành có đáp ứng đủ các điều kiện kỹ thuật hay không, cũng như chưa thể khẳng định đây là phương án vận hành tối ưu.
- Mô hình không đưa ra được đánh giá chi phí ảnh hưởng, và cũng chỉ như chưa đưa ra mức độ cải thiện các thông số như thế nào.
